基于北斗衛星差分定位技術的輸電線路弧垂監測

董曉虎，易 東

（1．國網湖北省電力公司檢修公司 湖北 武漢 430000;2．上海暄望電子科技有限公司 廣西 南寧 530000）

輸電線路運行區域廣泛，其安全穩定運行受到包括氣象、地形地貌、輸電線路走廊環境變化、導線負荷變化等多類因素的影響。當環境溫度升高或導線負荷增加時，都會引起導線溫度升高，弧垂增大，進而影響導線對地距離。特別是在線路高負荷的用電高峰，甚至需要針對線路進行短期增容，弧垂變化較大的檔距將成為危險點。

此外，輸電線路走廊毛竹生長，開上采石等也會影響導線對地距離。當導線對地距離小于設計安全距離時，輸電線路安全運行就會受到嚴重威脅。因此本論文創新性的采用北斗衛星系統的差分定位技術來實時監測輸電線路弧垂。

1 原理與設計

1.1 差分定位原理

全球導航衛星系統 （Global Navigation Satellite System，簡稱 GNSS），目前，GNSS包含美國的 GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的 Galileo、中國的 Compass(北斗)，全部建成后其可用的衛星數目達到100顆以上。

傳統的定位方式又稱單機定位，是使用單臺GNSS接收設備進行定位，該方式定位精度低，一般是米級。

相對定位又稱差分GNSS，分為靜態相對定位和動態相對定位；本論文設計中采用動態相對定位，是采用載波相位動態差分方法，一般包括基準站、移動站、數據鏈部分；基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站，流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，同時采集實時的GNSS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，實時得到高精度的三維定位信息。

圖1 GNSS差分定位示意圖Fig.1Differential Positioning by GNSS

1.2 弧垂監測原理

文中采用北斗定位導航衛星系統的差分定位技術來監測輸電線路導線弧垂，移動站定位后的基本輸出量為：經度、緯度和高程。設計上把監測裝置（移動站）安裝在輸電線路導線的最低點，監測點高程的變化量即為導線弧垂的變化量。因此在安裝監測裝置（移動站）時測量出導線的初始弧垂，同時記錄下監測裝置（移動站）的初始高程，那么以后將監測裝置（移動站）實時輸出的高程與初始高程相減所得高程差，疊加在初始弧垂上，即為輸電線路的實時弧垂。

1.3 基于北斗定位差分技術的輸電線路弧垂監測設計

對于GNSS形變差分定位監測問題，目前都是小范圍自成系統，將監測點原始采集數據，傳回系統主站，通過服務器軟件實時解算出移動站的坐標信息。

這種GNSS弧垂監測的數據模型可以采用批處理的方式或者是實時濾波解，取決于被測導線的監測頻率。一般來說，在監測點與基準點相距不遠的情況下，采用嚴格的改正模型，能夠達到將監測精度誤差縮小到1厘米以內。如圖2所示。

圖2 基于差分GNSS的輸電線路弧垂監測設計Fig.2 Transmission line sagmonitoring design by GNSSdifference

2 基準站設計

基準站是整個監控系統的基準框架，它長期連續跟蹤觀測衛星信號，通過GPRS手機網絡實時將基準站數據發送到控制中心，控制中心根據基準站數據和監測點數據，實時解算出各個監測點的動態數據。為了保證基準站系統的可靠性和穩定性，所有基準站需定期聯測IGS或國家地震系統連續運行基準站進行校核；

基準站作為所有監測站位置解算的基準，其位置的選擇是至關重要，基準站要求建立在地基穩定的地點，一般可選在地基穩固的場地或者樓頂；同時GNSS基準站場地應滿足以下要求：

1)場地穩固，年平均下沉和位移小于3mm；

2)視野開闊，視場內障礙物的高度不宜超過15°；

3)盡量靠近數據傳輸網絡；

4)天線墩的高度不低于2m；

5)觀測標志應遠離震動源；

6)離移動站不遠，直線距離小于20公里。

在本設計中，基準站安裝可安裝在離輸電線路走廊較近的變電站樓頂或電力公司樓頂，采用太陽能結合蓄電池方式供電。

3 移動站設計

移動站安裝在輸電線路導線上，采用CT感應取能方式供電。

GNSS移動站通過24小時連續運行，實時的接收衛星定位數據，實時進行的解算，可以實時得到每個監測點的精確變化情況。

4 輸電線路弧垂計算

在移動站初始安裝時，通過全站儀測量出安裝檔內導線初始弧垂S0，并記錄下移動站的初始高程輸出值H0。

那么系統在正常運行時，移動站與基準值通過差分計算后H1，那么根據

5 結論

北斗衛星導航系統:是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。系統建設目標是：建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的北斗衛星導航系統，同時形成完善的應用支撐產業，并推動其在國民經濟社會行業的廣泛應用。

本設計利用北斗衛星系統差分定位技術的原理，實現了對輸電線路導線弧垂高精度測的實時監測，其測量誤差在1厘米以內。

[1]曹年紅，易道機，江海深.北斗通信技術在光照水電站水情測報系統中的應用[J].水電自動化與大壩監測，2004(6):61-63,78.CAO Nian-hong，YIDao-ji，JIANG Hai-shen.Application of beiddou communication technology to water regime forecasting system at guangzhao hydropower station[J].Hydropower Automation and Darn Monitoring，2004(6):61-63,78.

[2]趙榮黎.衛星移動通信系統及其進展[J].電信科學，1996(4):3-9.ZHAO Rong-li.Satellite Mobile Coumunication Systems and Progress[J].Telecommunication Science，1996(4):3-9.

[3]邱晶，余平，楊士中.移動衛星通信的信道模型和傳輸特性分析[J].重慶大學學報:自然科學版，2003(7):37-41.QIU Jing，YU Ping，YANG Shi-zhong.Astatisticalmodel for mobile satellite channel and digital transmission analysis[J].Journal of Chongqing University Natural： Science Edition，2003(7):37-41.

[4]羽佳.雙星定位法與北斗1號衛星導航系統[J].航天返回與遙感，2004(1):65-67.YU Jia.AMethod for Double-Star position system position solution and BeiDou-1 Satellite navigation system[J].Spacecraft Recovery&Sensing,2004(1):65-67.

[5]成方林,馮林強,張翼飛.“北斗”導航系統在海洋水文、氣象監測系統中的應用[J].海洋技術,2004(3):70-73.CHENG Fang-lin，FENG Lin-qiang，ZHANG Yi-fei.The application of the beidou navigation system in marine hydrology and weather monitoring systems[J].Ocean Technology，2004(3):70-73.